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新型中空光纖:在某些重要波長上比實(shí)心纖維更加清晰

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì) ? 作者:IEEE電氣電子工程師 ? 2021-01-11 09:15 ? 次閱讀

Illustration: Optoelectronics Research Center/University of Southampton

傳統(tǒng)的光纖引導(dǎo)光穿過極其透明的實(shí)心玻璃芯,損耗低至每公里0.142分貝。也就是說百公里后超過百分之一的輸入光仍然存在。然而,固體玻璃纖維不能攜帶很高的功率,特別是在短脈沖中,這限制了它們的應(yīng)用,包括為激光加工提供強(qiáng)光。

近日,南安普頓大學(xué)光電研究中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造出空心纖維,在某些重要波長上比實(shí)心纖維更加清晰。他們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱飞蠄?bào)道了他們的研究結(jié)果。

1998年,英國巴斯大學(xué)的Philip St. John Russell指出,微結(jié)構(gòu)光纖可以通過阻擋某些波長的光在空心芯層中的傳輸,從而在空心芯層中引導(dǎo)光,此后,人們對(duì)空心芯光纖的興趣開始升溫,光纖中的充氣微結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,而這些“光子帶隙”光纖使有限波長的傳輸變得不實(shí)用。

近年來,南安普頓的Francesco Poletti開創(chuàng)了一系列新的實(shí)驗(yàn)性纖維,這些纖維的微觀結(jié)構(gòu)僅限于纖維的空心芯,這與Russell的基本理念不同。Poletti 2014年的設(shè)計(jì)將幾對(duì)嵌套管隔開,就像放在大管子里的小吸管一樣,圍繞中心核心的外部隔開。

“Lumenisity有限公司,一家來自該小組的初創(chuàng)公司,已經(jīng)在運(yùn)行實(shí)時(shí)通信的光纜中安裝了有新設(shè)計(jì)的光纖”,Poletti在一封電子郵件中說。光在空氣中的傳播速度比在玻璃中快50%,因此空心光纖的最初市場(chǎng)是要求極高速度的短數(shù)據(jù)鏈路。他列舉了金融轉(zhuǎn)移、5G以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和之間的鏈接。這對(duì)高頻安全交易員來說是一個(gè)潛在的利好,然而,它還沒有達(dá)到1550年電信頻段的固芯光纖傳輸速度。

現(xiàn)在,Poletti的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出了新的空心纖維,在電信波段以外的關(guān)鍵波長上,這種纖維的透明度可以與實(shí)心纖維相媲美,甚至超過實(shí)心纖維,而玻璃是最透明的。他們?yōu)?60和850nm光子(這些紅色和近紅外波段廣泛應(yīng)用于生物和量子網(wǎng)絡(luò))以及1064nm(另一個(gè)工業(yè)激光加工常用的近紅外波段)定制了光纖。

Poletti說,在高精度傳感器、激光束傳輸和時(shí)頻測(cè)量方面,新技術(shù)可能比傳統(tǒng)的實(shí)心光纖具有優(yōu)勢(shì)。為數(shù)不多的幾家供應(yīng)商已經(jīng)在銷售老式空心光纖,以提供超短激光脈沖,這種脈沖能為智能手機(jī)切割玻璃提供一系列快速脈沖。Poletti說:“空心纖維沒有其他選擇,因?yàn)閷?shí)心纖維無法與之競(jìng)爭。”強(qiáng)烈的光脈沖必須遠(yuǎn)離玻璃以免損壞玻璃。

到目前為止,玻璃切割在整個(gè)市場(chǎng)中只占很小的份額,但他說,他的團(tuán)隊(duì)的新型空心纖維可以在數(shù)十米或數(shù)百米的基本模式下傳輸千瓦級(jí)的連續(xù)功率,而且可能很快在大得多的高平均功率激光工業(yè)加工市場(chǎng)上挑戰(zhàn)實(shí)心光纖。

這種新型中空纖維除了具有抗損傷和更快的光速外,還具有其他優(yōu)點(diǎn)。將光線擋在玻璃外可以避免非線性效應(yīng),這種效應(yīng)會(huì)使信號(hào)失真,并可以提高傳輸激光束的質(zhì)量。

新纖維的基本極限是未知的。光散射在短于電信波段的波長下控制了實(shí)心光纖的損耗。Poletti說:“幾個(gè)月前,我們認(rèn)為空氣-玻璃界面(空心光纖中)的光散射最終會(huì)在這些較短波長的損耗中占主導(dǎo)地位。但隨著光纖制造技術(shù)的提高,損耗不斷下降,他現(xiàn)在推測(cè),幾年后,新的空心光纖在該波段的清晰度可能是基本極限實(shí)心光纖的10倍。”

責(zé)任編輯:xj

原文標(biāo)題:新型中空光纖 比實(shí)心纖維更透明

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